随着全球人口的增长，对粮食的需求显著增加，传统农作物害虫管理方法高度依赖化学农药，但这些农药往往对生态环境有害且不可持续。近年来，化学农药的广泛使用导致了害虫抗药性的逐渐发展，以及土壤和水资源的严重污染。昆虫性信息素作为一种生态友好的害虫控制替代品，因其对目标害虫的高度特异性及在极低用量下的有效性而受到关注。然而，大多数信息素成分具有高挥发性和易降解性，导致其不稳定，限制了广泛应用。
目前，大多数信息素载体（如商用橡胶）存在释放周期短、不可降解和不可回收的问题，因此需要开发可持续的替代品。本研究旨在开发一种可持续、高效且环保的3D打印信息素递送系统，以解决上述问题。
本研究采用直接墨水书写（DIW）技术，使用醋酸纤维素（CA）基质制备信息素持续释放载体。通过添加木质素磺酸盐（SLS）和Fe³⁺离子，提高了载体的机械强度和释放性能。制备的3D打印载体实现了超过90%的封装效率，并提供了长达六周的持续释放。
通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对3D打印载体的表面形态进行了表征。CP载体表面相对光滑，而CP-SL-Fe载体则呈现出特征性的皱褶形态，这是由于Fe³⁺与聚合物成分之间的配位交联作用所致。^[1]^这种结构变化显著提高了载体的表面粗糙度和比表面积。
通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析了3D打印载体的化学结构和性质。FTIR分析显示，CP-SL-Fe载体中形成了更复杂的配位交联结构。^[2]^XRD分析表明，Fe³⁺的引入降低了材料的结晶度。XPS分析进一步证实了Fe³⁺与聚合物成分之间的配位作用。
通过热重分析（TGA）研究了3D打印载体的热降解行为，并评估了其在自然土壤条件下的降解性能。CP-SL-Fe载体在105天内土壤降解率达到20.4±0.8%，显示出良好的环境可持续性。^[3]^同时，载体表现出优异的机械性能，CP-SL-Fe的压缩强度和压缩模量均显著高于CP载体。^[4]^
研究了信息素的封装效率和释放特性。CP和CP-SL-Fe载体的封装效率均超过95%。释放曲线显示，两种载体均表现出初始爆发释放和随后的持续释放，CP-SL-Fe在两周后释放速率更慢，显示出更好的控释性能。^[5]^
通过田间实验评估了3D打印信息素载体在实际环境中的诱捕效果。CP-SL-Fe载体在六周内诱捕了53±6只Grapholita molesta，显著高于CP载体和商用橡胶载体，显示出优异的田间诱捕性能。^[6]^
研究了3D打印载体的可回收性和再利用性能。通过物理研磨、有机溶剂溶解和信息素补充，成功回收并再打印了CP-SL-Fe载体。回收后的载体（rCP-SL-Fe）保持了良好的物理和化学性质，封装效率和生物活性未显著下降，显示出优异的可回收性和再利用潜力。
本研究成功开发了基于3D打印技术的生物基高效昆虫信息素载体，显著提高了信息素的持续释放能力和田间诱捕效果。通过引入金属配位化学，增强了载体的机械性能和释放性能。载体表现出一定的降解性和优异的可回收性，符合当前对可持续农业发展的需求。DIW基3D打印方法为下一代信息素递送系统提供了一种环保、高效且可扩展的制造途径，为实现农业害虫控制的循环经济提供了可行路径。
标题: Degradable and Recyclable 3D-Printed Pheromones Delivery System Reinforced by Metal Coordination Cross-Linking for Efficient Pest Trapping
作者: Teng Wang, Wenjie Shangguan, Fang Zhang, Wenlong Liang, Frederik R. Wurm, Qiliang Huang, Lidong Cao
发表期刊: Advanced Science
全面解析森工DIW墨水直写3D打印机在该类研究中功能匹配情况及需定制功能，帮助用户更好地选择合适的3D打印设备及功能模块。
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